[发明专利]一种高精度空间相机反射镜镜面面形的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及镜面面形处理技术领域，特别涉及一种高精度空间相机反射镜 镜面面形的处理方法。

背景技术

反射光学系统易于实现大视场，高传函、体积小和重量轻的任务需求，反 射镜成为空间相机的重要光学元件。同时配合高刚度材料作为基体，易于实现 支撑大口径。作为高精度成像单元，考核载荷工况下反射镜镜面面形能否满足 光学系统成像质量要求是工程分析的一项重要工作。然而工程分析软件只能给 出载荷工况下镜面节点的坐标和位移，整个镜面节点的位移构成了镜面面形。 该面形包含了刚体位移、刚体倾角和面形误差。因此需要将镜面刚体位移、镜 面刚体倾角和面形误差从镜面节点位移中提取出来。

目前，常用的镜面面形处理方法有Zernike多项式拟合法、坐标变换法和曲 面方程拟合法等。Zernike多项式是描述波前像差的常用方法，与Seidel像差系 数存在对应关系，但Zernike多项式法处理非圆形镜面时误差较大。曲面方程拟 合法采用基于标准球面方程的方法，通过拟合变形节点的所在球面，求取最小 二乘意义上的球心坐标、半径和面形误差。然后，根据球心坐标和变形节点的 线形组合求取镜面刚体位移、镜面刚体倾角。由于镜面节点位移受到镜体支撑 部位的影响，所求取得刚体位移和刚体倾角是线形近似值，而非最小二乘意义 上的近似值。在计算非球面或自由曲面的镜面面形时，标准球面方程方法需要 额外的残差校正，且随着曲面方程幂次的增加，参数变量的增加将大幅增加计 算量、降低计算精度。坐标变换法采用坐标平移量和坐标旋转量作为估计参数， 计算最小二乘意义上平移量和坐标旋转量。该方法忽略了曲面整体比例变化的 影响，导致产生较大的计算误差。

发明内容

为了解决现有技术中计算误差较大的问题，本发明提供一种高精度空间相 机反射镜镜面面形的处理方法。

为了解决上述技术问题，本发明的方法具体如下：

一种高精度空间相机反射镜镜面面形的处理方法，包括以下步骤：

将变形后的镜面节点坐标，进行坐标旋转、比例调整和坐标平移实现坐标 变换；

通过使坐标变换后的变形镜面节点与理想镜面曲面的残差平方和最小化， 求解最小二乘意义上比例因子、坐标平移量和坐标旋转量的近似值。

在上述技术方案中，选取比例因子作为估计参数。

在上述技术方案中，根据计算的比例因子能够得到关于变形节点的拟合曲 面方程。

在上述技术方案中，选取的估计参数各分量分别为比例因子、各坐标轴方 向平移量、绕各坐标轴旋转角度。

在上述技术方案中，坐标变换的优先级：比例调整与坐标旋转优先级一致 且均优先于坐标平移；绕x轴坐标旋转、绕y轴坐标旋转、绕z轴坐标旋转三 者优先级从低到高排列。

在上述技术方案中，选取的估计参数与曲面方程形式相互独立。

在上述技术方案中，选取的估计参数与曲面方程各项系数相互独立。

本发明的有益效果为：

本发明的一种高精度空间相机反射镜镜面形的处理方法采用坐标变换的方 法，实现载荷工况作用下变形镜面的面形高精度计算。通过采用比例因子、坐 标平移量和坐标旋转角度作为估计参数，计算最小二乘意义上比例因子、坐标 平移量和坐标旋转量的近似值。通过引入比例因子实现坐标比例调整，去除了 曲面整体比例变化引入的误差。通过引入比例因子作为估计参数，由已知数据 点拟合出一个与理想方程逼近的拟合方程，并通过计算得到的比例因子能够确 定由变形节点拟合的曲面方程。该方法降低了残差的数值，提高计算精度的同 时，也提高了拟合结果的可信性与可靠性。由于选取的估计参数与曲面方程形 式相互独立，实现了任意曲面(包括但不限于球面、非球面和自由曲面)的镜 面变形的计算。由于选取的估计参数与曲面方程各项系数相互独立，本发明镜 面面形处理方法不因曲面方程幂次或参数增加而大幅增加计算量。该方法考虑 到计算结果与光学分析软件的接口的一致性，确定了坐标变换过程中不同坐标 变换的优先级。其中，比例调整与坐标旋转优先级一致且均优先于坐标平移； 绕x轴坐标旋转、绕y轴坐标旋转、绕z轴坐标旋转三者优先级从低到高排列。 计算得到的刚体位移和刚体倾角为最小二乘意义上的近似值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。